Le pompe di calore rappresentano una soluzione innovativa per il riscaldamento, il raffrescamento e la produzione di acqua calda sanitaria, sfruttando energia termica proveniente da fonti rinnovabili esterne come aria, acqua e sottosuolo.
Cos'è una Pompa di Calore?
Senza entrare troppo nei dettagli tecnici, una pompa di calore è una macchina in grado di estrarre e trasferire energia termica utilizzando diverse forme di energia. Il suo funzionamento è simile a quello di un frigorifero, ma invertito.
Mentre un frigorifero estrae il calore dall'interno per espellerlo all'esterno, la pompa di calore fa esattamente il contrario, estraendo calore da una fonte naturale (aria, acqua o terra) e trasportandolo all'interno dell'edificio per il riscaldamento invernale e la produzione di acqua calda sanitaria. Questo tipo di impianto si integra facilmente con altre tecnologie rinnovabili come il fotovoltaico o il solare termico.
Un impianto a pompa di calore offre un notevole risparmio energetico, riduce i consumi in bolletta, aumenta il valore commerciale dell'immobile e ne migliora la classe energetica. Ma vediamo nello specifico come funziona e com'è fatta la pompa di calore: il suo compito è quello di trasferire energia termica da un ambiente più freddo a uno più caldo.
Principio di Funzionamento di una Pompa di Calore
Il principio di funzionamento di una pompa di calore è simile a quello di un frigorifero. Mentre il frigorifero estrae il calore dal suo interno per mantenerlo fresco e lo rilascia nell'ambiente, la pompa di calore estrae il calore dall'ambiente per riscaldare l'interno di una casa.
L'ambiente offre diverse fonti di calore che una pompa di calore può sfruttare: l'aria, il terreno e le acque di falda e, meno frequentemente, le acque di superficie come laghi o fiumi. Queste fonti di calore sono disponibili gratuitamente e in quantità illimitata, ma la loro temperatura è troppo bassa per essere utilizzata direttamente per il riscaldamento o la produzione di acqua calda.
La pompa di calore sfrutta un processo termodinamico basato sul passaggio di fase del refrigerante e sulla correlazione tra pressione e temperatura: il compressore aumenta la pressione del vapore del refrigerante, aumentandone anche la temperatura. In questo modo, il refrigerante, condensando, scalda l’acqua dell'impianto, portandola a una temperatura adatta per il riscaldamento e la produzione di acqua calda.
Componenti Principali
Il fluido refrigerante svolge un ruolo centrale nel funzionamento di una pompa di calore. Si tratta di un fluido con un punto di ebollizione estremamente basso che subisce una serie di trasformazioni in 4 fasi all'interno dei diversi componenti del circuito chiuso del sistema:
- Evaporatore: L'energia termica dell'ambiente (aria, acqua o sottosuolo) viene trasferita al fluido refrigerante, provocandone l'evaporazione.
- Compressore: Il refrigerante, ora in stato gassoso, viene compresso e riscaldato elettricamente.
- Condensatore: Il fluido refrigerante, ora in stato gassoso e riscaldato, viene condensato, tornando allo stato liquido. In questo processo, il calore viene estratto e trasferito all'accumulatore di calore del sistema di riscaldamento.
- Espansore: Il fluido refrigerante passa attraverso la valvola di espansione e si raffredda, tornando a pressione e temperatura originali.
Tipologie di Pompe di Calore
Per distinguerle, possiamo partire dalla fonte energetica utilizzata.
Pompe di Calore Aria-Acqua
Le pompe di calore aria-acqua scaldano l’acqua da usare per il riscaldamento o per usi sanitari prelevando il calore dall’aria esterna e ridistribuendolo negli ambienti interni dell’abitazione. Il funzionamento è semplice: l’aria prelevata dall’esterno viene scaldata usando la compressione del gas attraverso il compressore della pompa. Questa compressione genera calore che viene rilasciato dentro al bollitore.
Il sistema aria-acqua è composto, di solito, da una pompa di calore accoppiata a un boiler. Anche questa tipologia dipende dalla temperatura esterna, con l’aria che funge da sorgente termica per riscaldare o rinfrescare gli spazi interni dell’edificio.
La pompa di calore aria-acqua sfrutta l’aria esterna come fonte di calore per il riscaldamento e raffrescamento degli ambienti. Si tratta di una tecnologia ad alta efficienza che permette di ottenere un risparmio energetico garantendo prestazioni ottimali in ogni stagione.
Pompe di Calore Aria-Aria
Le pompe di calore aria-aria sono dotate di scambiatori di calore, sistemi di filtraggio e deumidificazione dell’aria e sono composte da due o più unità, di cui una esterna. All’interno trovano posto il sistema di canalizzazione dell’aria e gli split, all’esterno sono invece collocati compressore, ventola per lo scambio d’aria e convertitore di calore.
Pompe di Calore Acqua-Acqua e Geotermiche
Da una parte sono sistemi con ottime prestazioni, dall’altra parte le spese di installazione sono rilevanti, in quanto prevedono la costruzione di un pozzo con sistema di aspirazione. Il sistema può essere a circuito aperto o chiuso. In ogni caso, a monte, deve essere effettuata un’analisi geologica da parte di un esperto, per assicurarsi che ci sia una fonte idrica da cui prelevare l’energia necessaria. Anche la pompa di calore acqua-aria estrae calore dall’acqua di falda e lo restituisce all’aria interna dell’edificio. Entrambi i sistemi, dunque, si servono del sottosuolo come sorgente termica di partenza.
Anche se le pompe di calore geotermiche risultano più complesse da installare a causa della necessità di eseguire lavori di perforazione del terreno, sul lungo periodo risultano più efficienti di quelle ad aria.
Pompa di Calore Monoblocco e Split: Qual è la Differenza?
Per le pompe di calore aria/acqua si sono affermati due sistemi fondamentalmente diversi tra loro: il sistema pompa di calore monoblocco e il sistema pompa di calore split. La differenza più grande tra queste due soluzioni è che in un'unità monoblocco tutti i componenti tecnici importanti per il processo di recupero del calore sono raccolti in un'unica unità, mentre con un sistema split sono distribuiti su due unità. Entrambi i sistemi presentano vantaggi e svantaggi specifici.
Pompa di Calore Monoblocco
Il sistema pompa di calore monoblocco è più semplice, in quanto raccoglie tutti i componenti in un'unica unità. Le pompe di calore monoblocco si posizionano all'esterno e sono ideali per chi non dispone di molto spazio all'interno dell'abitazione. Uno svantaggio invece è il potenziale congelamento dell’acqua di impianto in caso di climi molto rigidi.
Pompa di Calore Split
Uno dei vantaggi più importanti del sistema pompa di calore split è la sua massima flessibilità. I componenti possono essere posizionati in modo estremamente flessibile e non si presenta il rischio di congelamento dell'acqua dell'impianto. Uno svantaggio è rappresentato invece dal fatto che le tubazioni del fluido refrigerante devono essere installate da uno specialista dedicato e, a seconda della distanza tra l'unità esterna e quella interna e della quantità di refrigerante utilizzata, sono richiesti controlli regolari.
È split la pompa di calore composta da due unità costruite per lavorare insieme: una, motocondensante, va posizionata all’esterno, l’altra all’interno. L'unità interna funge da serbatoio di accumulo sanitario con posizionamento a pavimento. Il collegamento tra unità esterna e quella interna avviene tramite gas refrigerante. Per questo motivo l'installatore che si occuperà di realizzare l'impianto dovrà essere munito di apposito patentino F-Gas.
Schema a T per Pompe di Calore: Cos'è e Come Funziona
Quando si parla di impianti a pompa di calore, uno degli aspetti più importanti è come collegare la pompa di calore all’accumulo tecnico e al circuito di distribuzione. Tra i vari schemi di collegamento per pompe di calore, lo schema a T sta emergendo come la soluzione più efficiente e flessibile, capace di migliorare il rendimento in tutte le stagioni.
Lo schema a T è un collegamento idraulico che mette in comunicazione la pompa di calore con il serbatoio tecnico (accumulo inerziale) e il resto dell’impianto tramite tee idrauliche (derivazioni a T) sulla mandata e sul ritorno. L’idea di base è semplice:
- La mandata della pompa di calore viene divisa tramite una T: una parte va direttamente verso i terminali (impianto secondario) e una parte verso l’accumulo tecnico.
- Il ritorno dell’impianto rientra verso la pompa di calore sempre passando da una T che si collega anche al ritorno dell’accumulo.
In questo modo si creano due circuiti semi-indipendenti:
- Primario: pompa di calore ↔ accumulo
- Secondario: accumulo ↔ impianto (es. riscaldamento a pavimento, ventilconvettori, VMC)
La funzione dello schema a T è quella di separare idraulicamente il circuito primario da quello secondario, garantendo la giusta portata d’acqua a entrambi e permettendo alla pompa di calore di lavorare nelle condizioni ideali.
Vantaggi dello Schema a T
Utilizzare lo schema a T per collegare una pompa di calore con accumulo tecnico offre numerosi benefici:
- Separazione dei circuiti: Evita problemi di portata e circolazione che possono compromettere il funzionamento della pompa di calore.
- Maggiore efficienza in estate e in inverno: Permette di fornire il lavoro diretto della pompa di calore ai terminali senza passare obbligatoriamente attraverso l’accumulo, riducendo le perdite di temperatura.
- Migliore gestione dei cicli di sbrinamento e ACS: L’impianto può attingere energia accumulata nel serbatoio per continuare a riscaldare o raffrescare gli ambienti, evitando sbalzi di comfort.
- Elimina il separatore idraulico: Con un accumulo ben collegato a T, puoi fare a meno del separatore idraulico tradizionale.
- Funziona bene sia con impianti radianti che con fan-coil: Lo schema a T è universale e si adatta perfettamente sia ad impianti invernali che estivi.
Tabella Comparativa: Schema a T vs Schema a 4 Attacchi
| Caratteristica | Schema a T (2 attacchi) | Schema a 4 attacchi (in serie) |
|---|---|---|
| Collegamento accumulo | In parallelo | In serie |
| Circolazione attraverso l’accumulo | Solo quando serve | Sempre |
| Rendimento in estate/inverno | Molto alto | Può generare inefficienze |
| Separazione circuito primario/secondario | Sì | Parziale o assente |
| Complessità | Media | Alta (più valvole, più costi) |
Perché funzioni bene, lo schema a T deve essere progettato con attenzione.
Efficienza di una Pompa di Calore
L'efficienza di una pompa di calore è misurata calcolando il rapporto tra il calore a disposizione per riscaldare l'ambiente e l'energia elettrica consumata per ottenerlo. Maggiore è il rapporto, maggiore è l'efficienza della pompa di calore. A seconda della fonte di calore (aria, terra o acqua), un impianto di riscaldamento può produrre fino a 5 chilowattora di calore con 1 chilowattora di elettricità.
I fornitori di pompe di calore documentano il valore COP (Coefficient of Performance, coefficiente di prestazione) e/o un valore SCOP (Seasonal Coefficient of Performance, coefficiente di prestazione stagionale) per i loro sistemi. Come anticipato, questi valori mettono in rapporto la produzione di calore e l'energia elettrica da utilizzare per la produzione di calore. COP e SCOP sono valori determinati in condizioni di prova specifiche in laboratorio.
Funzionamento Invernale
Parlare di calore ambientale in inverno può sembrare un po' azzardato. Tuttavia, finché la temperatura della fonte di calore (aria, terra o acqua) è superiore al punto di ebollizione del refrigerante che trasporta l'energia termica, il calore ambientale può essere utilizzato in modo efficiente per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda.
Sistema Monovalente e Bivalente
Esistono due modalità di funzionamento per le pompe di calore: funzionamento monovalente e bivalente. La scelta della modalità di funzionamento dipende principalmente dalla situazione strutturale.
- Funzionamento monovalente: la pompa di calore è utilizzata come unica fonte di energia per il riscaldamento.
- Funzionamento bivalente: la pompa di calore è combinata con altre soluzioni di riscaldamento.
Raffrescamento con Pompa di Calore
A differenza di tutte le altre tecnologie di riscaldamento, le pompe di calore possono essere utilizzate anche per raffreddare gli spazi abitativi in estate. Il presupposto è che la pompa di calore sia progettata per essere reversibile, cioè che il processo termodinamico dell'unità possa funzionare anche al contrario: In questo caso, la pompa di calore estrae calore dagli spazi abitativi e lo trasferisce all'ambiente (aria, terra o acqua).
Incentivi Fiscali
Le agevolazioni fiscali che riguardano le pompe di calore sono:
- Ecobonus
- Bonus ristrutturazione
- Superbonus
- Conto termico
Per rimanere sempre aggiornato, ti consiglio di leggere l’approfondimento dedicato a tutti i bonus edilizi previsti.